基于Pulse的一体化振动变送器的校准方法和装置

技术领域

本发明涉及振动变送器校准领域，尤其涉及一种基于Pulse的一体化振动变送器的校准方法和装置。

背景技术

一体化振动变送器是将振动传感器和信号调节电路集成为一体，将现场采集到的振动信号直接转换为4至20mA电流信号输出的装置。其输出的电流信号不容易被干扰，且不受导线电阻串联在回路中的影响，便于远程传输，再加上由于其具有一体化的结构而具有坚固稳定的特点，其在电力、钢铁、石化等行业，以及在轴承机械、压缩机、工业风机、汽轮机等的振动在线监控领域有广泛的应用。

对于一体化振动变送器的校准工作，其一般是基于中频振动校准装置来开展的。这种技术将一体化振动变送器与标准加速度传感器“背靠背”地安装于中频标准振动台上，通过控制振动台激励源信号的幅值，使振动台工作在不同的振动频率和振动幅值下，通过振动信号采集仪采集标准加速度传感器的输出信号，得到振动频率和振动幅值的参考值，然后，采集一体化振动变送器的输出电流值，得到其灵敏度参数和频率响应等参数，从而实现其校准。目前，对于比较常用的Pulse振动信号采集仪，其输入均为电压信号，然而一体化振动变送器的输出为电流信号。因此，无法通过Pulse振动信号采集仪对一体化振动变送器的信号直接进行采集，导致无法闭环自动校准，只能够通过数字多用表测量一体化振动变送器的电流值，手动输入原始记录表格，再进行下一振动频率点和下一振动幅值点的校准，效率比较低，且容易因为认为输入数据错误导致误差的引入。

发明内容

本发明提出了一种基于Pulse的一体化振动变送器的校准方法和装置，以解决如何实现闭环自动校准的技术问题，提高校准效率和准确性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于Pulse的一体化振动变送器的校准方法，包括：

利用振动校准系统生成初始的第一电压信号；其中，所述振动校准系统包括计算机和Pulse；

通过功率放大器，对所述第一电压信号进行放大，以使振动台振动；其中，所述第一电压信号经过放大后用于驱动所述振动台；

通过标准加速度计对所述振动台振动的幅值进行检测，获取第二电压信号；

通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，将转换得到的加速度值与预设加速度值通过比较器进行比较，以使所述振动校准系统根据比较结果对所述第一电压信号进行反馈调节，直到比较结果符合预设条件；

当所述比较结果符合预设条件，通过振动校准系统获取被检变送器的输出信号，实现所述被检变送器的校准；其中，所述输出信号经过第二乘法器的处理。

作为优选方案，所述输出信号经过第二乘法器的处理，具体为：

通过所述被检变送器，根据所述振动台的振动获取第一电流信号；

所述第二乘法器配置有标准电阻，通过所述标准电阻将所述第一电流信号转换为以电压表示的所述输出信号。

作为优选方案，所述通过所述标准电阻将所述第一电流信号转换为以电压表示的所述输出信号，具体为：

根据下式将所述第一电流信号I

V＝I

其中，α为所述标准电阻的温度系数，T为校准环境温度。

作为优选方案，所述实现所述被检变送器的校准，包括：计算所述被检变送器的校准特性参数；所述校准特性参数包括灵敏度；

所述被检变送器的灵敏度的计算公式具体为：

其中，S为所述被检变送器的灵敏度，V

作为优选方案，所述通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，具体为：

将所述第二电压信号乘以所述标准加速度计的灵敏度的倒数，以使所述第二电压信号转换为加速度值。

作为优选方案，所述比较结果为转换得到的加速度值与预设加速度值的差值；所述预设条件具体为：所述差值为零。

相应的，本发明实施例还提出了一种基于Pulse的一体化振动变送器的校准装置，包括第一电压生成模块、功率放大模块、检测模块、反馈调节模块和校准模块；其中，

所述第一电压生成模块，用于利用振动校准系统生成初始的第一电压信号；其中，所述振动校准系统包括计算机和Pulse；

所述功率放大模块，用于通过功率放大器，对所述第一电压信号进行放大，以使振动台振动；其中，所述第一电压信号经过放大后用于驱动所述振动台；

所述检测模块，用于通过标准加速度计对所述振动台振动的幅值进行检测，获取第二电压信号；

所述反馈调节模块，用于通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，将转换得到的加速度值与预设加速度值通过比较器进行比较，以使所述振动校准系统根据比较结果对所述第一电压信号进行反馈调节，直到比较结果符合预设条件；

所述校准模块，用于当所述比较结果符合预设条件，通过振动校准系统获取被检变送器的输出信号，实现所述被检变送器的校准；其中，所述输出信号经过第二乘法器的处理。

作为优选方案，所述输出信号经过第二乘法器的处理，具体为：

通过所述被检变送器，根据所述振动台的振动获取第一电流信号；

所述第二乘法器配置有标准电阻，通过所述标准电阻将所述第一电流信号转换为以电压表示的所述输出信号。

作为优选方案，所述校准模块通过所述标准电阻将所述第一电流信号转换为以电压表示的所述输出信号，具体为：

所述校准模块根据下式将所述第一电流信号I

V＝I

其中，α为所述标准电阻的温度系数，T为校准环境温度。

作为优选方案，所述校准模块实现所述被检变送器的校准，包括：所述校准模块计算所述被检变送器的校准特性参数；所述校准特性参数包括灵敏度；

所述被检变送器的灵敏度的计算公式具体为：

其中，S为所述被检变送器的灵敏度，V

作为优选方案，所述反馈调节模块通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，具体为：

所述反馈调节模块将所述第二电压信号乘以所述标准加速度计的灵敏度的倒数，以使所述第二电压信号转换为加速度值。

作为优选方案，所述比较结果为转换得到的加速度值与预设加速度值的差值；所述预设条件具体为：所述差值为零。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提出了一种基于Pulse的一体化振动变送器的校准方法和装置，所述校准方法包括：利用振动校准系统生成初始的第一电压信号；其中，所述振动校准系统包括计算机和Pulse；通过功率放大器，对所述第一电压信号进行放大，以使振动台振动；其中，所述第一电压信号经过放大后用于驱动所述振动台；通过标准加速度计对所述振动台振动的幅值进行检测，获取第二电压信号；通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，将转换得到的加速度值与预设加速度值通过比较器进行比较，以使所述振动校准系统根据比较结果对所述第一电压信号进行反馈调节，直到比较结果符合预设条件；当所述比较结果符合预设条件，通过振动校准系统获取所述被检变送器的输出信号，实现所述被检变送器的校准；其中，所述输出信号经过第二乘法器的处理。相比于现有技术，通过基于计算机和Pulse的振动校准系统，将预设的加速度值和标准加速度计检测并转换得到的加速度值相比较，并根据比较结果对第一电压信号进行反馈调节，实现了闭环自动校准；另外，无需通过数字多用表测量一体化振动变送器的电流值，无需人工的介入以执行输入记录表格等操作，节省了人力物力的同时提高了校准效率和准确率，避免了人力介入导致的误差。

进一步地，考虑到了标准电阻的阻值可能受到温度的影响，引入了温度补偿修正，进一步地有效提高了校准精度，减少了标准电阻引入的测量不确定性。

附图说明

图1：为本发明基于Pulse提供的一体化振动变送器的校准方法的一种实施例的流程示意图。

图2：为本发明基于Pulse提供的一体化振动变送器的校准装置的一种实施例的原理示意图。

图3：为本发明基于Pulse提供的一体化振动变送器的校准装置的另一种实施例的原理示意图。

图4：为本发明基于Pulse提供的一体化振动变送器的校准装置的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

根据相关技术记载，现有的一体化振动变送器的校准工作将一体化振动变送器与标准加速度传感器“背靠背”地安装于中频标准振动台上，通过控制振动台激励源信号的幅值，使振动台工作在不同的振动频率和振动幅值下，通过振动信号采集仪采集标准加速度传感器的输出信号，得到振动频率和振动幅值的参考值。然后，采集一体化振动变送器的输出电流值，得到其灵敏度参数和频率响应等参数，从而实现其校准。目前的Pulse振动信号采集仪，其输入为电压信号，因此无法通过Pulse振动信号采集仪对一体化振动变送器的信号直接进行采集，导致无法闭环自动校准，进而导致振动加速度无法进行自动控制，而需要手动进行控制器输出电压的设置，或者通过功率放大器的放大倍率进行振动台输出加速度的控制。而由于振动系统的频响特性不是恒定值，在进行手动控制的时候，对不同频率的加速度，需要控制器输出的电压不同，因此需要按频率分别调节；同时，又因为振动系统的幅值非线性，在接近设定加速度值的过程中，不能按照线性关系进行控制器输出电压的设置，因此，手动调节控制器的输出电压或调节功率放大器的放大倍率的方法非常耗时，且数字万用表的读数也需要手动输入原始记录，容易造成粗大误差。

针对上述的一个或多个技术问题，请参照图1，图1为本发明实施例提出的一种基于Pulse的一体化振动变送器的校准方法，包括步骤S1至步骤S5，其中，

步骤S1，利用振动校准系统生成初始的第一电压信号；其中，所述振动校准系统包括计算机和Pulse。

步骤S2，通过功率放大器，对所述第一电压信号进行放大，以使振动台振动；其中，所述第一电压信号经过放大后用于驱动所述振动台。

步骤S3，通过标准加速度计对所述振动台振动的幅值进行检测，获取第二电压信号。

步骤S4，通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，将转换得到的加速度值与预设加速度值通过比较器进行比较，以使所述振动校准系统根据比较结果对所述第一电压信号进行反馈调节，直到比较结果符合预设条件。

步骤S5，当所述比较结果符合预设条件，通过振动校准系统获取所述被检变送器的输出信号，实现所述被检变送器的校准；其中，所述输出信号经过第二乘法器的处理。

在本实施例中，作为本实施例的一种举例的实施方式，本实施例还提出了一种自动校准装置，参照图2和图3，图2中所述自动校准装置包括控制器、执行器、被控对象、检测装置、被控量和乘法器。该自动校准装置的各部件与实体对应关系请参照表1：

表1自动校准装置各部件与实体名称关系对照表

具体地，在本实施例中，首先设定一个用于比较的加速度值，设置加速度值可以为1m/s

其次是步骤S3通过标准加速度计进行检测，该标准加速度计感应振动台的振动信号，获取第二电压信号，所述第二电压信号与振动加速度的幅值成比例，然后步骤S4通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，具体地：将所述第二电压信号乘以所述标准加速度计的灵敏度的倒数(1/Sa)，以使所述第二电压信号转换为加速度值。并将转换得到的加速度值与预设加速度值通过比较器进行比较，以使所述振动校准系统根据比较结果对所述第一电压信号进行反馈调节，直到比较结果符合预设条件。其中，所述比较结果指的是转换得到的加速度值与预设加速度值之间的差值，当该差值为零时，判定所述比较结果满足所述预设条件。

对于上述步骤S5，当所述比较结果符合预设条件，也即达到了设定的加速度值，在此状态下，被检变送器也感应此振动台的振动信号，同时输出电流信号，由于控制器只能接收电压信号，因此通过第二乘法器进行处理，具体地：通过所述被检变送器，根据所述振动台的振动获取第一电流信号；所述第二乘法器配置有标准电阻R，通过所述标准电阻R将所述第一电流信号转换为以电压表示的所述输出信号。

控制器采集该输出信号以及标准加速度计当前时刻输出的电压信号并进行运算，得到被检变送器的校准特性参数，例如灵敏度等等，以实现所述被检变送器的校准。

具体地，灵敏度S的计算公式为：

其中，I

进一步地，为了提高校准精度，可以对所述输出信号和变送器实际输出电流之间的转换关系作进一步优化。所述通过所述标准电阻将所述第一电流信号转换为以电压表示的所述输出信号，具体为：

根据下式将所述第一电流信号I

V＝I

其中，α为所述标准电阻的温度系数，T为校准环境温度。实施本申请实施例，考虑到了标准电阻的阻值可能受到温度的影响，引入了温度补偿修正，进一步地有效提高了校准精度，减少了标准电阻引入的测量不确定性。

在考虑了温度补偿修正之后，由此还可以得到被检变送器相应的灵敏度计算公式为：

以进一步提高灵敏度计算的准确性，减少由于温度引起的偏差。

相应的，参照图4，本发明实施例还提出了一种基于Pulse的一体化振动变送器的校准装置，包括第一电压生成模块101、功率放大模块102、检测模块103、反馈调节模块104和校准模块105；其中，

所述第一电压生成模块101，用于利用振动校准系统生成初始的第一电压信号；其中，所述振动校准系统包括计算机和Pulse；

所述功率放大模块102，用于通过功率放大器，对所述第一电压信号进行放大，以使振动台振动；其中，所述第一电压信号经过放大后用于驱动所述振动台；

所述检测模块103，用于通过标准加速度计对所述振动台振动的幅值进行检测，获取第二电压信号；

所述反馈调节模块104，用于通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，将转换得到的加速度值与预设加速度值通过比较器进行比较，以使所述振动校准系统根据比较结果对所述第一电压信号进行反馈调节，直到比较结果符合预设条件；

所述校准模块105，用于当所述比较结果符合预设条件，通过振动校准系统获取所述被检变送器的输出信号，实现所述被检变送器的校准；其中，所述输出信号经过第二乘法器的处理。

作为进一步优选实施方式，所述输出信号经过第二乘法器的处理，具体为：

通过所述被检变送器，根据所述振动台的振动获取第一电流信号；

所述第二乘法器配置有标准电阻，通过所述标准电阻将所述第一电流信号转换为以电压表示的所述输出信号。

作为进一步优选实施方式，所述校准模块105通过所述标准电阻将所述第一电流信号转换为以电压表示的所述输出信号，具体为：

所述校准模块105根据下式将所述第一电流信号I

V＝I

其中，α为所述标准电阻的温度系数，T为校准环境温度。

作为进一步优选实施方式，所述校准模块105实现所述被检变送器的校准，包括：所述校准模块105计算所述被检变送器的校准特性参数；所述校准特性参数包括灵敏度；

所述被检变送器的灵敏度的计算公式具体为：

其中，S为所述被检变送器的灵敏度，V

作为进一步优选实施方式，所述反馈调节模块104通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，具体为：

所述反馈调节模块104将所述第二电压信号乘以所述标准加速度计的灵敏度的倒数，以使所述第二电压信号转换为加速度值。

作为进一步优选实施方式，所述比较结果为转换得到的加速度值与预设加速度值的差值；所述预设条件具体为：所述差值为零。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提出了一种基于Pulse的一体化振动变送器的校准方法和装置，所述校准方法包括：利用振动校准系统生成初始的第一电压信号；其中，所述振动校准系统包括计算机和Pulse；通过功率放大器，对所述第一电压信号进行放大，以使振动台振动；通过标准加速度计对所述振动台振动的幅值进行检测，获取第二电压信号；通过第一乘法器将所述第二电压信号转换为加速度值，将转换得到的加速度值与预设加速度值通过比较器进行比较，以使所述振动校准系统根据比较结果对所述第一电压信号进行反馈调节，直到比较结果符合预设条件；当所述比较结果符合预设条件，通过振动校准系统获取所述被检变送器的输出信号，实现所述被检变送器的校准；其中，所述输出信号经过第二乘法器的处理。相比于现有技术，通过基于计算机和Pulse的振动校准系统，将预设的加速度值和标准加速度计检测并转换得到的加速度值相比较，并根据比较结果对第一电压信号进行反馈调节，实现了闭环自动校准；另外，无需通过数字多用表测量一体化振动变送器的电流值，无需人工的介入以执行输入记录表格等操作，节省了人力物力的同时提高了校准效率和准确率，避免了人力介入导致的误差。

进一步地，考虑到了标准电阻的阻值可能受到温度的影响，引入了温度补偿修正，进一步地有效提高了校准精度，减少了标准电阻引入的测量不确定性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。